Вперше зоряне світло було виявлено в галактиках, що яскраво палали від люті чорних дір, які живили їх у перший мільярд років існування Всесвіту.
Цілком логічно, що ці активні надмасивні чорні діри – відомі як квазари – повинні мати галактики навколо себе. Але через те, що вони простягаються на такі великі відстані, зоряне світло всередині них раніше було неможливо виявити, що змушувало астрономів задаватися питанням, як такі жахливі об’єкти формуються і зростають за такий короткий проміжок часу.
Тепер, завдяки об’єднанню даних телескопа Subaru на Гаваях і космічного телескопа Джеймса Вебба, велика міжнародна команда змогла дослідити дві квазарні галактики в ранньому Всесвіті, щоб дізнатися більше про цей загадковий час в історії всього сущого.
Дослідженням керували астрофізики Сюхен Дінг і Джон Сільверман з Інституту фізики і математики Всесвіту Кавлі (Kavli IPMU) в Японії та Масафуса Оноуе з Інституту астрономії і астрофізики Кавлі в Китаї.
“Це перший раз, коли ми бачимо галактики-господарі з такого раннього віку Всесвіту. Це стало можливим лише завдяки глибоким зображенням JWST, які дозволяють нам моделювати і віднімати світло від квазара, щоб виявити материнську галактику”, – пояснює астроном Чієн-Сю Лі з Обсерваторії ім. В. М. Кека.
“Ми бачили квазари цього віку і раніше, але вони були настільки яскравими, що неможливо було відняти їхнє світло, щоб виявити галактику-господаря”.
Самі чорні діри не випромінюють жодного світла, яке ми зараз можемо виявити. Власне, цим вони і славляться.
Але активна чорна діра – це дещо інша справа. Ну, не сама чорна діра; це все одно темрява, настільки темна, наскільки може бути темрява. Це те, що відбувається в просторі навколо неї. Активна чорна діра – це та, яка має достатньо речовини в своєму оточенні, щоб живитись. Ця речовина обертається навколо чорної діри, розігріта до мільйонів градусів тертям і гравітацією, тому вона світиться в усьому електромагнітному спектрі.
У квазарі обертається так багато речовини, що вона світиться в еонах простору-часу. Саме так ми можемо бачити, як вони світяться під час Космічного Світанку, періоду, що охоплює перший мільярд років після Великого Вибуху. Навіть там вони все ще відносно слабкі; ви ніколи не побачите квазара Космічного Світанку неозброєним оком або в домашній телескоп, але в останні роки наші потужні телескопи знаходять їх у все більшій кількості.
Це викликало безліч запитань, наприклад: як надмасивні чорні діри стали такими великими так скоро після Великого вибуху? Яким є їхнє галактичне оточення? Перше питання все ще трохи губиться, але ми нарешті отримуємо відповіді на друге.
Дві квазарні галактики, про які йдеться, називаються HSC J2236+0032 та HSC J2255+0251, і ми спостерігаємо їх приблизно через 860 мільйонів років після Великого вибуху. Вони були знайдені під час дослідження, проведеного за допомогою Subaru, а JWST був залучений для їх більш детального вивчення.
Надмасивні чорні діри в центрах цих двох квазарних галактик у 1,4 мільярда та 200 мільйонів разів перевищують масу Сонця відповідно. Це дозволяє накласти обмеження на кількість світла, що генерується активністю чорних дір, оскільки існує межа швидкості, з якою чорна діра може харчуватися.
Дослідники відняли це світло від спостережень JWST, що залишило їм світло, згенероване галактиками-господарями: світло їхніх зірок, що сяють.
Навіть більше, світло галактик дозволило дослідникам обчислити маси галактик – 130 мільярдів і 30 мільярдів мас Сонця, відповідно.
Це важливо, оскільки це говорить нам про те, чого ми не знали про галактики раннього Всесвіту. Маси надмасивних чорних дір та їхніх галактик у найближчому Всесвіті пов’язані між собою. Якщо ви знаєте масу чорної діри, можна передбачити масу галактики навколо неї, і навпаки, навіть для малих галактик.
Ми не знаємо, чому так відбувається, чи це якась властивість чорної діри, що обмежує ріст галактик після певної точки, чи галактики і надмасивні чорні діри ростуть разом, але знахідка чорних дір у ранньому Всесвіті може дати нам деякі підказки.
J2236+0032 та J2255+0251 узгоджуються з цим співвідношенням мас між надмасивною чорною дірою та її галактикою. Це свідчить про те, що таке співвідношення існувало вже тоді, коли народжувались перші надмасивні чорні діри. І це дає астрономам нову точку відліку для моделювання ранньої еволюції Всесвіту, щоб зрозуміти, як все розгорталося під час Космічного Світанку.
Чи справедливо це для всіх галактик раннього Всесвіту, ще належить дослідити. Дві галактики – це не дуже велика вибірка, тож дослідники повернуться за новими даними. Вони забронювали більше часу для спостережень на JWST і сподіваються дізнатися більше про те, як формувалися перші галактики.
“Поточні спостереження JWST дадуть нам значно більшу вибірку, – пишуть вони в своїй статті, – що дозволить нам краще обмежити моделі взаємної еволюції чорних дір і зоряних популяцій в галактиках”.
